Šviesa yra pagrindinis augalų augimo ir vystymosi aplinkos veiksnys. Tai ne tik pagrindinis fotosintezės energijos šaltinis, bet ir svarbus augalų augimo ir vystymosi reguliatorius. Augalų augimą ir vystymąsi riboja ne tik šviesos kiekis ar šviesos intensyvumas (fotonų srauto tankis, fotonų srauto tankis, PFD), bet ir šviesos kokybė, ty skirtingi šviesos ir spinduliuotės bangos ilgiai bei skirtingi jų sudėties santykiai.
Saulės spektrą galima grubiai suskirstyti į ultravioletinę spinduliuotę (ultravioletinę, UV<400nm, including="" uv-a320~400nm;="" uv-b280~320nm;=""><280nm, 100~280nm),="" visible="" light="" or="" photosynthetically="" active="" radiation="" (par,="" 400~700nm,="" including="" blue="" light="" 400~500nm;="" green="" light="" 500~600nm;="" red="" light="" 600~700nm)="" and="" infrared="" radiation="" (700~800nm).="" due="" to="" the="" absorption="" of="" ozone="" in="" the="" stratosphere="" (the="" stratosphere),="" uv-c="" and="" most="" of="" the="" uv-b="" do="" not="" reach="" the="" earth's="" surface.="" the="" intensity="" of="" uv-b="" radiation="" reaching="" the="" ground="" changes="" due="" to="" geographic="" (altitude="" and="" latitude),="" time="" (day="" time,="" seasonal="" variation),="" meteorological="" (cloud="" presence,="" thickness,="" etc.)="" and="" other="" environmental="" factors="" such="" as="" air="">
Augalai gali aptikti subtilius šviesos kokybės, šviesos intensyvumo, šviesos ilgio ir krypties pokyčius augimo aplinkoje ir inicijuoti fiziologinius bei morfologinius pokyčius, būtinus išgyventi šioje aplinkoje. Mėlyna šviesa, raudona šviesa ir toli raudona šviesa vaidina pagrindinį vaidmenį kontroliuojant augalų fotomorfogenezę. Fotoreceptoriai (fitochromas, Phy), kriptochromas (Cry) ir fotoreceptoriai (fototropinas, foto) priima šviesos signalus ir signalo perdavimo būdu skatina augalų augimą ir vystymąsi.
Monochromatinė šviesa, kaip čia vartojama, reiškia šviesą tam tikro bangos ilgio diapazone. Tos pačios monochromatinės šviesos bangų ilgių diapazonas, naudojamas skirtinguose eksperimentuose, nėra visiškai nuoseklus, o kitos monochromatinės šviesos, kurių bangos ilgis yra panašus, dažnai sutampa skirtingai, ypač prieš pasirodant monochromatiniam LED šviesos šaltiniui. Tokiu būdu, natūralu, bus skirtingų ir net prieštaringų rezultatų.
Raudona šviesa (R) slopina tarpmazgių pailgėjimą, skatina šoninį šakojimąsi ir dygimą, atitolina žiedų diferenciaciją ir padidina antocianinų, chlorofilo ir karotinoidų kiekį. Raudona šviesa gali sukelti teigiamą šviesos judėjimą Arabidopsis šaknyse. Raudona šviesa teigiamai veikia augalų atsparumą biotiniam ir abiotiniam stresui.
Toli raudona šviesa (FR) daugeliu atvejų gali neutralizuoti raudonos šviesos efektą. Dėl mažo R/FR santykio sumažėja pupelių fotosintezės pajėgumas. Auginimo kameroje balta fluorescencinė lempa naudojama kaip pagrindinis šviesos šaltinis, o toli raudona spinduliuotė (emisijos smailė 734 nm) papildyta šviesos diodais, siekiant sumažinti antocianino, karotinoidų ir chlorofilo kiekį bei šviežią svorį, gaminamas sausas svoris, stiebo ilgis, lapo ilgis ir lapas. Plotis padidinamas. Papildomo FR poveikis augimui gali būti susijęs su šviesos sugerties padidėjimu dėl padidėjusio lapų ploto. Arabidopsis thaliana, auginami žemo R / FR sąlygomis, buvo didesni ir storesni nei tie, kurie auginami esant dideliam R / FR, su didele biomase ir stipriu prisitaikymu prie šalčio. Skirtingi R/FR santykiai taip pat gali pakeisti augalų toleranciją druskai.
Apskritai, padidinus mėlynos šviesos dalį baltoje šviesoje, gali sutrumpėti tarpmazgiai, sumažėti lapų plotas, santykinis augimo greitis ir padidėti azoto/anglies (N/C) santykis.
Aukštai augalų chlorofilo sintezei ir chloroplastų susidarymui, taip pat chloroplastams su dideliu chlorofilo a/b santykiu ir mažu karotinoidų kiekiu reikalinga mėlyna šviesa. Esant raudonai šviesai, dumblių ląstelių fotosintezės greitis laipsniškai mažėjo, o fotosintezės greitis greitai atsigavo po mėlynos šviesos arba pridėjus šiek tiek mėlynos šviesos nuolatinėje raudonoje šviesoje. Kai tamsiai augančios tabako ląstelės buvo perkeltos į nuolatinę mėlyną šviesą 3 dienas, bendras rubulozės -1, 5-bisfosfato karboksilazės/oksigenazės (Rubisco) kiekis ir chlorofilo kiekis smarkiai padidėjo. Atsižvelgiant į tai, ląstelių sausoji masė vienetinio kultūros tirpalo tūryje taip pat smarkiai padidėja, o esant nuolatinei raudonai šviesai, ji didėja labai lėtai.
Akivaizdu, kad augalų fotosintezei ir augimui vien raudonos šviesos nepakanka. Kviečiai gali užbaigti savo gyvavimo ciklą su vienu raudonų šviesos diodų šaltiniu, tačiau norint gauti aukštų augalų ir daug sėklų, reikia pridėti atitinkamą mėlynos šviesos kiekį (1 lentelė). Vienoje raudonoje šviesoje auginamų salotų, špinatų ir ridikėlių derlius buvo mažesnis nei derinant raudoną ir mėlyną derinį, o derinant raudoną ir mėlyną derinį su atitinkama mėlyna šviesa, derlius buvo panašus į kad augalų, auginamų po šaltai baltomis fluorescencinėmis lempomis. Panašiai Arabidopsis thaliana gali išauginti sėklas esant vienai raudonai šviesai, tačiau ji auga kartu su raudona ir mėlyna šviesa, nes mėlynos šviesos dalis mažėja (nuo 10 procentų iki 1 procento), palyginti su augalais, auginamais šaltai baltose fluorescencinėse lempose. Augalų sodinimas, žydėjimas ir rezultatai vėlavo. Tačiau augalų, auginamų derinant raudoną ir mėlyną šviesą, kurioje yra 10 procentų mėlynos šviesos, sėklų derlius buvo tik pusė mažesnis nei augalų, auginamų po šaltai baltomis fluorescencinėmis lempomis. Pernelyg didelė mėlyna šviesa stabdo augalų augimą, trumpina tarpubamblius, sumažina šakojimąsi, sumažina lapų plotą ir sumažina bendrą sausą svorį. Augalai turi didelių rūšių skirtumų dėl mėlynos šviesos poreikio.
Pažymėtina, kad nors kai kurie tyrimai, naudojant skirtingų tipų šviesos šaltinius, parodė, kad augalų morfologijos ir augimo skirtumai yra susiję su mėlynos šviesos proporcijos spektre skirtumais, išvados vis dar yra problemiškos, nes ne mėlynos spalvos sudėtis. skirtingų tipų naudojamų lempų skleidžiama šviesa skiriasi. Pavyzdžiui, nors sojų pupelių ir sorgų augalų, auginamų naudojant tą pačią šviesos fluorescencinę lempą, sausoji masė ir grynasis fotosintezės greitis lapų ploto vienetui yra žymiai didesnis nei augintų žemo slėgio natrio lempose, šių rezultatų negalima visiškai priskirti mėlynai šviesai. žemo slėgio natrio lempos. Trūkumas, bijau, tai taip pat susiję su geltona ir žalia šviesa po žemo slėgio natrio lempa ir oranžine raudona šviesa.
Baltoje šviesoje (su raudona, mėlyna ir žalia šviesa) auginamų pomidorų daigų sausoji masė buvo žymiai mažesnė nei sodinukų, augintų prie raudonos ir mėlynos šviesos. Spektrinis augimo slopinimo aptikimas audinių kultūroje parodė, kad žalingiausia šviesos kokybė buvo žalia šviesa, kurios smailė buvo ties 550 nm. Augalų aukštis, šviežios ir sausos medetkos, auginamos žalioje šviesoje, padidėjo 30–50 procentų, palyginti su augalais, auginamais viso spektro šviesoje. Viso spektro šviesos užpildyta žalia šviesa lemia, kad augalai yra trumpi ir sausi, o šviežias svoris sumažėja. Pašalinus žalią šviesą, sustiprėja medetkų žydėjimas, o papildant žalią šviesą slopinamas Dianthus ir salotų žydėjimas.
Tačiau taip pat yra pranešimų apie žalią šviesą, skatinančią augimą. Kim ir kt. padarė išvadą, kad raudona-mėlyna kombinuota šviesa (LED), papildyta žalia šviesa, leidžia daryti išvadą, kad augalų augimas slopinamas, kai žalia šviesa viršija 50 proc., o augalų augimas sustiprėja, kai žalios šviesos santykis yra mažesnis nei 24 proc. Nors viršutinės salotų dalies sausą svorį padidina žalia šviesa, kurią papildo žalia fluorescencinė šviesa raudoname ir mėlyname kombinuotame šviesos fone, kurį suteikia LED, išvada, kad pridėjus žalią šviesą, padidėja augimas ir gaunama daugiau. biomasė nei šalta balta šviesa yra problemiška: (1) jų stebima biomasės sausoji masė yra tik sausos antžeminės dalies svoris. Įtraukus sausą požeminės šaknų sistemos svorį, rezultatas gali skirtis; (2) Viršutinė salotų dalis, auginama degant raudonai, mėlynai ir žaliai šviesai Augaluose, kurie auga šaltai baltose fluorescencinėse lempose, tikėtina, kad trijų spalvų lempoje esanti žalia šviesa (24 proc.) bus daug mažesnė nei rezultatas. šaltos baltos fluorescencinės lempos (51 proc.), tai yra, šaltos baltos fluorescencinės lempos žalios šviesos slopinimo efektas yra didesnis nei trijų spalvų. lempos rezultatai; (3) Augalų, auginamų kartu su raudona ir mėlyna šviesa, fotosintezės greitis yra žymiai didesnis nei augalų, auginamų esant žaliai šviesai, ir tai patvirtina ankstesnes spėliones.
Tačiau apdorojant sėklas žaliuoju lazeriu ridikėliai ir morkos gali būti dvigubai didesni už kontrolinį. Neryškus žalias pulsas gali paspartinti tamsoje augančių daigų pailgėjimą, tai yra paskatinti stiebo ilgėjimą. Arabidopsis thaliana sodinukus apdorojant vienu žalios šviesos (525 nm ± 16 nm) impulsu (11,1 μmol·m-2·s-1, 9 s) iš LED šaltinio, sumažėjo plastidų nuorašai ir stiebo augimo greičio padidėjimas.
Remiantis pastarųjų 50 metų augalų fotobiologijos tyrimų duomenimis, buvo aptartas žaliosios šviesos vaidmuo augalų vystymuisi, žydėjimui, dantų atsivėrimui, stiebo augimui, chloroplastų genų ekspresijai ir augalų augimo reguliavimui. Manoma, kad žalios šviesos suvokimo sistema dera su raudonos ir mėlynos spalvos jutikliais. Reguliuoti augalų augimą ir vystymąsi. Atkreipkite dėmesį, kad šioje apžvalgoje žalia šviesa (500–600 nm) išplėsta, kad apimtų geltoną spektro dalį (580–600 nm).
Geltona šviesa (580–600 nm) slopina salotų augimą. Chlorofilo kiekio ir sausos masės rezultatai, esant skirtingiems raudonos, tolimosios raudonos, mėlynos, ultravioletinės ir geltonos šviesos santykiams, rodo, kad tik geltona šviesa (580–600 nm) gali paaiškinti aukšto slėgio natrio lempos ir metalo halogenido augimo efektų skirtumus. lempa. Tai yra, geltona šviesa stabdo augimą. Be to, geltona šviesa (smailė ties 595 nm) stabdė agurkų augimą stipriau nei žalia šviesa (smailė ties 520 nm).
Kai kurios išvados apie prieštaringą geltonos / žalios šviesos poveikį gali būti padarytos dėl nenuoseklaus tuose tyrimuose naudojamų šviesos bangų ilgių diapazono. Be to, kadangi kai kurie tyrinėtojai 500–600 nm šviesą priskiria žaliai šviesai, literatūros apie geltonos šviesos (580-600 nm) poveikį augalų augimui ir vystymuisi yra mažai.
Ultravioletinė spinduliuotė sumažina augalų lapų plotą, slopina hipokotilų pailgėjimą, mažina fotosintezę ir produktyvumą, daro augalus jautrius patogenų atakai, tačiau gali sukelti flavonoidų sintezę ir gynybos mechanizmus. UV-B gali sumažinti askorbo rūgšties ir karotino kiekį, tačiau gali veiksmingai skatinti antocianinų sintezę. Dėl UV-B spinduliuotės atsiranda žemaūgio augalo fenotipas, maži, stori lapai, trumpas lapkojis, padidėja pažastų šakos, pakinta šaknų ir lajos santykis.
Tyrimų su 16 ryžių veislių iš 7 skirtingų Kinijos, Indijos, Filipinų, Nepalo, Tailando, Vietnamo ir Šri Lankos regionų šiltnamyje rezultatai parodė, kad pridėjus UV-B, bendra biomasė padidėjo. Veislių (iš kurių tik viena pasiekė reikšmingą lygį, iš Šri Lankos), 12 veislių (iš kurių 6 buvo reikšmingos) ir tų, kurių jautrumas UV-B, labai sumažėjo lapų plotu ir vaisiaus dydžiu. Yra 6 veislių su padidintu chlorofilo kiekiu (2 iš jų pasiekia reikšmingą lygį); 5 veislės su ženkliai sumažėjusiu lapų fotosintezės greičiu ir 1 veislė su ženkliai pagerėjusiu (jos bendra biomasė taip pat reikšminga) padidėjimu).
UV-B/PAR santykis yra svarbus augalų atsako į UV-B veiksnys. Pavyzdžiui, UV-B ir PAR kartu veikia mėtų morfologiją ir aliejaus išeigą, todėl reikia daug nefiltruotos natūralios šviesos.
Reikėtų pažymėti, kad laboratoriniai UV-B poveikio tyrimai, nors ir naudingi nustatant transkripcijos faktorius ir kitus molekulinius bei fiziologinius veiksnius, yra susiję su didesnių UV-B lygių naudojimu, tuo pat metu nebuvimu UV-A ir dažnai žemu fono PAR, rezultatai paprastai nėra mechaniškai ekstrapoliuojami į natūralią aplinką. Lauko tyrimuose paprastai naudojamos UV lempos, kad padidintų arba filtrai sumažintų UV-B lygį.
